浅谈沿海埋地输油管道腐蚀与防护

朱林超，张仁坤，顾佳鹏

(浙江海洋大学 石化与能源工程学院，浙江 舟山 316000)

目前，我国已是仅次于美国的第二大石油消费国，能源需求巨大，而且我国也是石油净口国，对外依赖程度大。考虑到国家石油安全战略储备和稳定石油市场需要，我国在辽宁大连、山东黄岛、浙江镇海和浙江舟山等地建造大型国家战略储备库，可见，选址地区都分布于沿海地区。沿海地区经济发达，油库众多，沿海埋地输油管道也得到迅速发展。由于输油管道多铺设于地下，且土壤多呈盐碱性，其组成和性能不均匀，除了受到管道内油品的腐蚀，埋在土壤中的金属输油管道还因外部环境影响极易发生腐蚀穿孔，引发油品泄漏事故，这可能会给油品运输带来中断、泄漏问题，造成资源的浪费，还会污染环境，更严重是油品泄漏后存在燃烧爆炸的风险。可见，一次输油管道泄漏事故往往会给生产带来巨大的损失和危害。为使埋地输油管道安全运行，探讨埋地输油管道长期有效的防腐措施是十分必要的。

1 沿海环境

在我国东部沿海地区，气候大多有高温、高湿的特点，南部沿海地区每年炎热季节日平均气温到 30 ℃的天数可达100天以上， 雨季平均湿度可达 85 %左右。在近海地区，海水入侵使沿海地区土壤中的可溶性盐含量相比内陆高出许多，主要的可溶性盐有氯化盐、硫酸盐和镁离子等，而土壤中的可溶性盐能加快埋地输油管道受到的化学、电化学腐蚀作用。含有海水成分的土壤是具有很大腐蚀性的天然电解质 ，特别是对金属物质，促进其电化学反应非常有利。同时，沿海地区气候湿润，降水多，土壤含水量高，进一步提高了土壤中可溶性盐浓度，使土壤导电率增大，沿海地区含有海水成分的潮湿土壤的导电率远比内陆地区土壤导电率要高，这使得土壤腐蚀性大大增强，此外含水量高低随时间的变化也会使土壤腐蚀性加强。

2 腐蚀类型与机理

埋地金属管道发生腐蚀按其部位的不同可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。内腐蚀是指管道内输送油品中可能含有的硫、水等杂质对管道内壁产生腐蚀影响；而外壁腐蚀主要的影响因素是土壤环境，土壤中含有的水、氧气、可溶性盐、微生物，都对金属管道有一定的腐蚀作用，使埋地管道发生各种化学腐蚀和电化学腐蚀。

2.1 土壤腐蚀

埋地管道深埋地下，腐蚀的外部因素主要是土壤环境，土壤是一个由气、液、固三相物质组成的复杂系统，作为腐蚀过程中的电解质主要特征包括多相性、不均匀性、酸碱性。因此，研究土壤对埋地输油管道的腐蚀规律，已是管道防腐科学领域研究中一个重要课题。

2.1.1 土壤腐蚀的电化学过程

埋地金属管道与土壤形成双电层，产生电位差，即管道在土壤中的电极电位。由于土壤在不同位置理化性质的不同，埋地管道的不同部位，电极电位是不相等的，两个不同电极电位系统之间就形成腐蚀电池，发生电化学腐蚀。

(1)阳极过程

钢铁是管道的主要材质，在一般弱酸性、中性和碱性土壤中腐蚀的阳极过程如下：

Fe+nH2O →Fe2++nH2O+2e-

铁在潮湿土壤中的腐蚀与在溶液中腐蚀时类似，腐蚀过程主要由阴极过程所控制。在透气性好的土壤中，阳极过程的进行方式接近于铁在中性电解液的阳极行为。像在大多数中性电解液中一样，铁在电化学腐蚀过程中以两价铁离子进入土壤电解质，并与OH-、O2发生一系列次生反应最终生成Fe2O3，只有在酸性较强的土壤中，才有一定数量的铁成为两价和三价离子，以离子状态存在。

(2)阴极过程

在弱酸性、中性和碱性土壤中，阴极反应主要是氧的去极化作用。阴极过程是：

O2+2H2O+4e-→40H-

氧的去极化过程包括两个步骤:①氧向阴极的迁移；②氧的离子化反应。由于土壤腐蚀的复杂条件，使腐蚀过程的控制因素差别也较大。埋地管道在土壤中电化学腐蚀中，阴极过程是主要控制步骤。氧在土壤中的扩散速度取决于管道的埋深程度、松紧程度、土壤结构、湿度等因素。

2.1.2 土壤腐蚀影响因素

(1)土壤含水量

含水量影响土壤的导电率和含氧量。沿海地区降水丰富，土壤含水量高，会使土壤中可溶性盐浓度提高，土壤电阻减小，腐蚀加剧。当然，土壤含水量也不是一直固定不变的，受季节降水影响，含水量也会发生变化，而含水量的变化会使土壤腐蚀性加强，可见土壤腐蚀对埋地输油管道的影响是复杂的，也是非常重要的。

(2)土壤盐分

(3)土壤导电性

土壤的导电性受土质、含水量、可溶性盐分浓度等因素的影响。在水分容易渗透流失的砂土中，土壤导电性差，腐蚀性小；而在水分不容易流失的黏土中，盐分溶解得多，因此土壤导电性好，腐蚀性强，人们通常用土壤的导电性来衡量土壤的腐蚀性。沿海地区土壤盐分含量高，且含有的水会提高土壤中可溶性盐浓度，电阻率小而使得土壤腐蚀性强。

(4)土壤含氧量

氧可以通过颗粒间空隙渗透进入土壤，或者由于水中的溶解氧随水一起渗入地下，存在于土壤中。氧对土壤腐蚀影响很大，除了在少数强酸性土壤中，金属腐蚀的阴极过程是氢去极化，在绝大多数的土壤中，氧为阴极去极化剂，反应过程如下:

O2+2H2O+4e-→4OH-

不同结构土壤的透气性不同，在透气性好的土壤中氧含量高，金属腐蚀加快，但埋地输油管道沿经土壤可能既存在土壤密实段也存在土壤疏松段，造成土壤含氧量差异，这样一来，使管道形成氧浓差电池，土壤中含氧量高的地段管线成为阳极，受到强烈的腐蚀。

(5)杂散电流

杂散电流是指由正常电路漏失的电流。主要可能的来源包括电气化铁道、有轨电车、电化学保护装置等，埋设于地下的输油管道在杂散电流影响下发生杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀可导致地下管道发生严重的腐蚀破坏作用。其腐蚀量与杂散电流的强度成正比，且服从法拉第电解规律。在土壤中发生杂散电流的强度有时非常大，对于壁厚为7～8 mm的钢管，4～5个月即可发生腐蚀穿孔。由此可见，杂散电流引起的腐蚀是相当严重的。

(6)微生物腐蚀

土壤中有各类微生物、细菌，土壤腐蚀中常见的与腐蚀有关的是硫杆菌属的细菌，包括氧化硫杆菌，排硫杆菌等，且都属好氧性细菌。这些微生物能将硫酸盐中的元素硫转化成硫酸、硫化氢等酸性物质，对埋地管道造成严重腐蚀。微生物的催化作用能加速管道腐蚀，改变管道周围的环境条件，如氧浓度、盐浓度、pH值，破坏管道表面保护性覆盖层的稳定性等。

2.2 内腐蚀

埋地输油管道内输送的介质无疑是各类油品，包括汽油、柴油、原油等。油品中可能的硫、水等化学物质，都会对管道腐蚀产生影响，在油品介质的长期作用下，使得其出现一定程度的腐蚀，从而影响埋地输油管道运行的可靠性。

3 埋地管道的防腐措施

根据埋地管道内部与外部环境因素，外部要防止土壤环境的化学和电化学腐蚀，内部要做好其储存及输送介质的防腐工作。

3.1 内部防腐措施

内部防腐主要是针对管道中所输送的油品介质而言，在实际生产和运输中，可以根据输送介质的腐蚀程度选择合适的金属材质管道来进行运输，对管道进行除锈、清垢、喷砂等表面处理后，涂衬涂层或薄膜材料，使管内形成内防腐层。此外，还可以对输送介质进行适当的处理，如降低油品含水率、加入减缓金属腐蚀的化学剂等，以减少油品对管道内壁的腐蚀作用。

3.2 外部防腐措施。

(1)涂层保护

在管道表面加保护涂层保护，使管道表面与土壤环境隔离，以阻碍金属管道表面微电池腐蚀。地下金属构件上施加的涂层，通常是有机或无机物质做成的。目前管道外涂层用得比较普遍的是煤焦油沥青、环氧树脂涂料和聚氨酸泡沫塑料等材料。

(2)电化学保护

埋地输油管道受到的腐蚀作用中，电化学腐蚀的危害相当大，且腐蚀率高，采用电化学保护方法，做到遗失电子的补充，能有效避免输油管道被腐蚀。阴极保护法利用外加电流或牺牲阳极法对金属施加外加阴极电流来减小或防止金属腐蚀。

(3)联合保护

涂层法与电化学保护法的联合使用，是一种相当经济有效的方法，可大大延长管线寿命。这样不仅可以弥补保护涂层的针孔或破损缺陷造成的保护不完整，而且可以避免单独使用阴极保护时高电能的消耗。目前为止，金属管线的土壤腐蚀防护普遍采用涂层和阴极保护联合防腐措施。

4 结语

为了满足我国经济发展的要求，我国对于能源的需求程度更为增加，输油管道规模化建设，而油品管道输送的可靠性也逐渐被社会所关注。管道腐蚀无法避免，对埋地输油管道的防腐蚀保护，虽然前期投入各类防腐措施资金成本较高，但可以大幅度提高被保护管道的运行寿命，避免污染环境，降低因腐蚀穿孔而导致油品泄漏带来更大风险的可能。因此，从长远角度来看，提前做好管道的防腐工作其所带来的经济效益、社会效益十分显著，对确保管道安全输油，降低生产成本，保护环境具有重要的意义。